氨酸微量元素螯合物的制備方法研究

1、賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究第11期賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究科研開發(fā)賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究劉飛飛李群于嵐(青島大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系,青島266071)摘要:利用有機(jī)溶劑沉淀分離法,以L一賴氨酸鹽酸鹽和金屬鹽酸鹽為原料,通過氨水調(diào)節(jié)體系pH值合成了高純度的賴氨酸銅,賴氨酸鋅螫合物;以螯合率為指標(biāo)考察了合成工藝的主要影響因素,確定了最佳原料配比,pH值及反應(yīng)溫度和時間;并通過化學(xué)分析,紅外光譜,紫外光譜及熱重等一系列分析手段對其進(jìn)行了表征,確定了賴氨酸金屬螯合物的合成.關(guān)鍵詞:賴氨酸銅;賴氨酸鋅;制備方法;表征中圖分類號:Q517文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16

2、72-8114(2009)11-0027-06氨基酸與微量金屬元素螯合物的研究,無論是螯合物的合成工藝,結(jié)構(gòu)表征的理論研究還是動物飼養(yǎng)的營養(yǎng)學(xué),醫(yī)藥學(xué)應(yīng)用研究都是當(dāng)今氨基酸研究的熱門課題.氨基酸微量元素螯合物的研究最早源于美國飼料添加劑的開發(fā)ll1,在1996年美國飼料檢測局(MFCO,1996)明確定義了微量元素氨基酸螯合物的概念:由某種可溶性金屬元素離子同氨基酸按一定的摩爾比以共價鍵結(jié)合而成.水解氨基酸的平均相對分子質(zhì)量約為150,生成的螯合物的相對分子質(zhì)量不超過800l21.與無機(jī)離子相比,氨基酸微量元素螯合物以金屬離子為中心的環(huán)狀結(jié)構(gòu)對金屬離子形成了有效的保護(hù),分子內(nèi)電荷趨于中性I3l

3、,使其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,生物利用率高;避免了金屬元素的氧化從而減少了金屬元素之間的拈抗和對維生素的破壞;適用性好,使用方便,對機(jī)體不良作用少;促進(jìn)生長,提高抵抗力等優(yōu)點,是理想的營養(yǎng)強(qiáng)化劑和飼料添加劑4-61.賴氨酸作為維持人體氮平衡8種必需的氨基酸之一,是人體必需而又無法自身合成的第一限制性氨基酸,也是衡量食品營養(yǎng)價值的和總要指標(biāo)之一7,8l.賴氨酸可以維持體內(nèi)酸堿平衡;合成核蛋白,血紅蛋白并能促進(jìn)大腦神經(jīng)細(xì)胞再生;作者簡介:劉飛飛(1985一),女,”I東泰安人,碩士,主要從事昆布氨酸螯合物的研究.通訊聯(lián)系人作為合成肉毒堿的前體物,參與脂肪代謝;另外,賴氨酸還可以提高機(jī)體抵抗應(yīng)激的能力9A

4、o.賴氨酸也是禽畜極其重要的必需氨基酸,常作為評估其它必需氨基酸需要量的基準(zhǔn)氨基酸,其缺乏將直接或間接影響動物的生長,繁殖和發(fā)育.在典型的玉米一豆粕型日糧中,氨基酸被認(rèn)為是繼總含硫氨基酸后的第二限制性氨基酸,在提高禽畜生產(chǎn)性能和改善機(jī)體品質(zhì)方面起重要作用【11,12.銅是動物和人體必須的微量元素,對造血,中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育,骨骼及結(jié)締組織的形成具有重要作用【l3.銅的缺乏會影響動物及人體對鐵元素的吸收和利用,從而導(dǎo)致貧血J.鋅普遍存在于動植物體內(nèi),是人體必需的14種微量元素之一.鋅是許多酶的重要組成成分,具有加速生長發(fā)育,增進(jìn)食欲,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫,防止感染和促進(jìn)傷口愈合等功能.兒童缺鋅會影響其智

5、力發(fā)展及生長發(fā)育,成人及老年人缺鋅則影響正常代謝,從而導(dǎo)致免疫力降低,引發(fā)多種疾病【15,16.賴氨酸金屬螯合物作為新一代的營養(yǎng)添加劑,具有性質(zhì)穩(wěn)定,吸收快,生物利用率高等優(yōu)點.本文以賴氨酸鹽酸鹽,氯化銅和氯化鋅為原料合成了高純度的賴氨酸銅和賴氨酸鋅螯合物,并通過化學(xué)分析,紅外光譜,紫外光譜及熱重等一系列分析手段對其進(jìn)行了表征.1實驗部分1.1合成原理利用賴氨酸中氨基能與cu,zn,Fe等過渡性化工中間體ChemicalIntermediate2009年第11期元素形成配位鍵,羧基能與金屬離子以離子鍵結(jié)合形成較穩(wěn)定氨基螯合物的性質(zhì)來合成賴氨酸銅和賴氨酸鋅,反應(yīng)原理見圖1.<一oo

6、ccNH,IH2Nj.圖1賴氨酸蝥合物的合成Fig.1Synthesisoflysinecomplex1.2試劑和儀器L一賴氨酸鹽酸鹽(AR,晉州冀榮氨基酸有限公司);氯化銅(AR,上海埃彼化學(xué)試劑有限公司);氯化鋅(AR,上海埃彼化學(xué)試劑有限公司);EDTA(AR,青島合力興化玻有限公司);無水乙醇;實驗用水為二次蒸餾水;其他試劑均為分析純.WRS一1B數(shù)字顯示熔點儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司);AVATAR360FTIR(美國ThermoNicolet);UV一3010PC紫外可見分光光度計(日本日立有限公司);PerkinElmerTGA一7型熱重分析儀.1.3賴氨酸螯合物的合成取一定量

7、的L一賴氨酸鹽酸鹽溶解在去離子水中,逐滴加人定量的氯化銅/氯化鋅溶液,滴加氨水維持體系pH值為8,60水浴中攪拌反應(yīng)2h后趁熱過濾,濾液減壓蒸餾后用乙醇反復(fù)洗滌抽濾,至濾液與茚三酮不顯藍(lán)紫色為止,低溫烘干,放入真空干燥器中保存.1.4微量元素螯合率的測定用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴定螯合態(tài)金屬元素和總金屬元素的方法來測定螫合率.測定銅時,以PAN為指示劑,滴定終點時溶液由紫紅變?yōu)辄S綠色;測定鋅時,以二甲酚橙為指示劑,滴定終點時,溶液由紫紅變?yōu)榱咙S色I(xiàn)”I.螯合率(%)=(螯合態(tài)微量元素的含量/微量元素總量1×100%=(CV1/CV21X100%其中,cEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度,mol/L;

8、V1一滴定螯合態(tài)微量元素所消耗EDTA溶液的體積,mL;V2一滴定微量元素總量所消耗EDTA溶液的體積,mL;2結(jié)果與分析2.1合成工藝條件的選擇以螯合率為指標(biāo),研究了原料配比,pH值,反應(yīng)溫度及時間對賴氨酸微量元素螯合物合成的影響.2.1.1原料配比對螯合反應(yīng)的影響為研究螯合反應(yīng)最佳原料配比,設(shè)計按賴氨酸鹽酸鹽和金屬鹽酸鹽摩爾比從1:1到4:1的對比合成實驗,并對產(chǎn)物的螯合率進(jìn)行了分析,其結(jié)果見表1.賴氨酸與金屬離子的配位比是影響螯合反應(yīng)的重要因素.配體的濃度過低則螯合程度不高,不能形成穩(wěn)定的螯合結(jié)構(gòu),且螯合物的螯合率也會隨之降低;在一定范圍內(nèi)增加配體的量可使與金屬離子接觸的配體數(shù)量增加,提

9、高反應(yīng)的螯合率;配位比達(dá)到一定程度后,螯合率增加不明顯,反而造成賴氨酸資源的浪費.從表1數(shù)據(jù)可知,賴氨酸元金屬離子摩爾比為2:1時,產(chǎn)物的螯合率達(dá)到最大值,為螯合反應(yīng)最佳原料配比.2.1.2DH值對螯合反應(yīng)的影響螯合反應(yīng)受酸堿條件的影響較大,設(shè)計反應(yīng)體系pH值分別為6,7,8,9的對比合成實驗,并對產(chǎn)物的螯合率進(jìn)行了分析,其結(jié)果見表2.在pH較低的酸性條件下,體系中的氫離子將與銅離子競爭賴氨酸提供的供電子基團(tuán)而影響賴氨酸金屬螯合物的合成;而在pH較高的堿性條件下,金屬離子則會以氫氧化物的形式沉淀析出,螯合率也會相應(yīng)降低.因此,根據(jù)表2實驗結(jié)果,選擇螯合率取得最大值時的酸堿度,即pH=8為螯合反

10、應(yīng)體系最佳酸堿條件.2.1.3反應(yīng)溫度對螯合反應(yīng)的影響溫度的變化直接影響反應(yīng)的速度和螯合的程度,因此,本文設(shè)計了不同溫度的螯合反應(yīng)并對比了螯合率,結(jié)果見表3.賴氨酸與金屬離子的螯合反應(yīng)為吸熱反應(yīng),反應(yīng)體系溫度越高對反應(yīng)越有利,但若反應(yīng)溫度過高,反應(yīng)時間過短將導(dǎo)致反應(yīng)不徹底,且溫度太第l1期賴氨酸微量元素螯合物的制備方法研究表1原料配比對螯合率的影響Table1Theeffectofrnaterialratioonchelateratio螯合率(1ysCu)/%螯合率(1ysZn)/%72-5568.0484-5683.7892.4690.7685.1084-42高容易破壞賴氨酸及其螯合物;溫度

11、過低則反應(yīng)速度較慢,產(chǎn)率較低.因此結(jié)合表3數(shù)據(jù),確定60為最佳螯合反應(yīng)溫度.2.1.4反應(yīng)時間反應(yīng)時間直接影響到螯合反應(yīng)是否進(jìn)行得完全,因此設(shè)計不同反應(yīng)時間的對比實驗以確定最佳螯合時問,結(jié)果見表4.從表4可以看出,當(dāng)反應(yīng)時間增加時,產(chǎn)物的產(chǎn)率也隨之升高,在合成時間為2h時,反應(yīng)已基本完成,再延長時間對產(chǎn)率的影響不大,因此確定最佳螯合反應(yīng)時間為2h.2.2螯合物的物理性質(zhì)賴氨酸銅螯合物為藍(lán)色粉末狀固體,無異味,極易潮解,易溶于水,難溶于乙醇,丙酮等有機(jī)溶劑,室溫下穩(wěn)定存在,經(jīng)測定,熔點為233.2oC233.9.賴氨酸鋅螯合物為白色針狀晶體,無異味,不易潮解,易溶于水,難溶于乙醇,丙酮等有機(jī)溶劑

12、,室溫下穩(wěn)定存在,經(jīng)測定,熔點為237.2237.6oC.2.3紅外光譜分析用KBr壓片法測定賴氨酸,賴氨酸銅和賴氨酸鋅在4004000em的紅外光譜.賴氨酸與金屬離子形成螯合物后,它的一些主要吸收峰同配體相比發(fā)生了明顯位移,相對強(qiáng)度也有所改變,如圖2,3,4所示.從紅外光譜看出:賴氨酸螯合物的紅外吸收中無一氨基酸的特征吸收峰2125.28em_;賴氨化工中間體ChemicalIntermediate2009年第11期.201918m罷一178.1615.1440003530002500200015001000500Wayel3umbers(cm,圖2賴氨酸的紅外光譜Fig.2Infrared

13、spectrumoflysinem8昱.1740003530002田0200015001000500Wavenumbers(cm,圖4賴氨酸鋅的紅外光譜Fig.4Infraredspectrumofzinclysinatechelate酸在3166.86cm處的NH鍵特征吸收峰,在形成賴氨酸銅,賴氨酸鋅螯合物后發(fā)生了明顯位移,分別出現(xiàn)在3264.77cm,3294.22cm處,表明金屬離子取代了羧基中的H+與僅一氨基發(fā)生了配位;在587.38cm一,536.61cm處出現(xiàn)了CuN,ZnN的伸縮峰l18,也說明一N原子參與了配位;在1595.20cm和1343.67cm出現(xiàn)的吸收峰分別是羧酸根離

14、子的反對稱伸縮振動uasCOO一和對稱伸縮振動usCOO一,在形成螯合物后均向高波數(shù)移動(賴氨酸銅,賴氨酸鋅的反對稱伸縮振動1JasCOO一和對稱伸縮振動usCOO一分別在1664.42cm和1396.00cm一和1629.45em和1511.06cm);在496.23cm,485.61cm處出現(xiàn)了400035003OOO25002000150010005OOWavenumbers(c,圖3賴氨酸銅的紅外光譜Fig.3Infraredspectrumofcopperlysinatechelate200200300300400Wavelength(nm)圖5賴氨酸及賴氨酸鋅的紫外吸收光譜Fig.

15、5UVspectrumoflysineandlysinecomplexcu一0,zn一0伸縮振動吸收峰ll9】,這又進(jìn)一步說明羧基參與了配位.2.4紫外光譜分析分別配制1%.的賴氨酸,賴氨酸銅和賴氨酸鋅溶液,在uV一3010PC紫外可見分光光度計上測定其紫外吸收光譜(見圖5).從紫外光譜可知:賴氨酸的最大吸收峰位于209.20nm,賴氨酸銅,賴氨酸鋅的最大吸收峰分別位于235.43nm,208.00nm,且最大吸收峰高度與賴氨酸相比有明顯增高.一般螯合物的生成會使其配位體對光吸收性能發(fā)生改變2Ol,由此亦可證明賴氨酸螯合物的生成.2.5熱重分析m2eqL80第11期賴氨酸微量元素螯合物的制備方

16、法研究1Iemperdnjre/圖6賴氨酸銅的TGDTG曲線Fig.6TG-DTGeHesofcopperlysinatechelate在升溫速率2O/rain及N氣體流速為40mL/min的條件下,對螯合物進(jìn)行了熱重分析,其TGDTG分析結(jié)果見圖6,7.由螯合物TGDTG圖可以看出,在室溫到700范圍內(nèi),螯合物的熱分解分兩步進(jìn)行,首先在80qC124的熱分解溫度區(qū)問,螯合物失去2分子結(jié)晶水,由于失水溫度較低,可認(rèn)為是結(jié)晶水;在225qC700區(qū)間內(nèi),TG曲線一直失重,說明螯合物在此溫度開始熔化分解,這也與賴氨酸螯合物的熔點相吻合.3結(jié)論以有機(jī)溶劑沉淀法制備賴氨酸微量元素螯合物的合成工藝,具有

17、反應(yīng)條件溫和,生產(chǎn)設(shè)備簡單,所得產(chǎn)品螯合率高,質(zhì)量穩(wěn)定,所用溶劑可以回收利用等特點,符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求.所合成的賴氨酸微量元素螯合物,除可以用作飼料添加劑外也可以用于食品添加劑或醫(yī)藥保健品,因而具有具有良好的發(fā)展前景.參考文獻(xiàn)1吳勝華,李呂木.微量元素氨基酸螯合物合成及螫合率測定的研究【JJ_飼料工業(yè),2008,29(16):1112.【2】康小龍,連總強(qiáng).微量元素氨基酸螯合物生理功能及在反芻動物的應(yīng)用飼料研究,2008,(12):4649.【3】楊文平,李彩桃.微量元素氨基酸螫合物研究與應(yīng)用【J】_飼料研究.2009.(05):4244.10080060l_4020OD01OO20034

18、005006007(13BOOTelllperature/36岡7賴氨酸鋅的TGDTG曲線Fig.7TGDTGcunesofzinclysinatechelate三董墨望凸【4周建群,羅玉芳,李妍.賴氨酸螯合銅測定方法的研究【JJ_飼料工業(yè),2008,29(1):3637.5FouadMT.Thephysiochemicalroleofchelatedmineralsinmaintainingoptimalbodybiologicalfun(xions.J.App1.Nutr,1976,28(23):5-26.6】WardTL.Organictracemineralexaminedinstar

19、terdietsJ.Feedstuffs,1997,69(21):1315.7李順心,李群.L一賴氨酸鋅螫合物的合成機(jī)表征IJ】.應(yīng)用化工,2007,36(12):1218-1220.8周俊,宋代軍.賴氨酸營養(yǎng)研究進(jìn)展IJJ.飼料lT業(yè),2006,27(8):4850.9胡新,占穩(wěn),張婷.微波相合成賴氨酸鋅配合物【JI_化學(xué)與生物工程,2007,24(10):2527.10DebatoshD,AkshayB,VidyaC.Lysine:IsitworthmoreJ.Cytotechnology.2001.36-332.11】張中霞.日齡,性別,蛋白質(zhì)沉積和日糧賴氨酸效率對快速生長肉雞的賴氨酸需

20、求的影響J國外畜牧學(xué)(豬與禽),2008,28(05):3337.121張婷,侯水生,黃葦,等.生長前期北京鴨賴氨酸需要量的研究lJl_中國飼料,2008,(19):l3-15.131張紅漫,陳國松,馮改霞,等.單項氨基酸微量元素鰲合物的研究lJl_氨基酸和生物資源,2002,24(4):4650.14張小燕,杜建強(qiáng),李業(yè)萍,等.復(fù)合氨基酸螯合銅的制備q2ZIJ.西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,32(1):72-75.15】楊云裳,薛愛愛,張應(yīng)鵬,等.L一天門冬氨蓽酸鋅螯合物的合成研究【J1.食品工業(yè)科技,2008,29(2):250251.16李尚德,李移,莫麗兒,等.谷氨酸鋅的合成最

21、佳條件研究J1.廣東微量元素科學(xué),2001,8(12):5457.171鐘國清.氨基酸微量元素螯合物的制備方法研究【JJ.飼料工業(yè),化工中間體ChemicalIntermediate2009年第l1期2004.25f01):4749.【18NakamotoK.Infraredandramanspectraofinorganicandcoordinationcompounds【M.4thEd.NewYork:WileySons,TranslatedbyHuangDR,WangRQ,1986,287.,【19中本一雄著.黃德如,汪慶仁譯.無機(jī)和配位化合物的紅外和拉曼光譜ME京:化學(xué)工業(yè)出版社.19

22、86:208234.20張祥麟.絡(luò)合物化學(xué)M.北京:冶金工業(yè)出版社,1979,166168StudyonchelateofL-lysinewithtraceelementLiuFeifeiLiQunYuLan(DepartmentofAppliedChemistry,QingdaoUniversity,Qingdao266071)收稿日期:2009.08.30Abstract:ThehighpurechelateofcopperL-lysinateandzincL-lysinatechelatecompoundweresynthesizedbyorganicsolventwithL-lysin

23、emon0hydrochloride,cupricchlorideandzincchlorideasrawmaterialsinwatermedium.Thesyntheticconditionswereinvestigatedaccordingtothemolarratioofmaterials,pHvalue,reactiontemperatureandtime.Inthemeantime,thepropertiesofthecomplexwerecharacterizedbyaseriesofanalysismethods,suchaschemicalanalysis,infraredspectrum,ultravioletspectrumandthermogravimetricanalysis.Keywords:copperL-lysinatechelate;zincLlysinatechelate;synthesis;characterization朗盛推出新一代凝膠型陽離子交換樹脂改進(jìn)的化學(xué)和物理穩(wěn)定性延長產(chǎn)品使用壽命勒沃庫森,2009年10月29日德國特殊化學(xué)品集團(tuán)朗盛公司研發(fā)出用于工業(yè)水處理的新一代高性能凝膠型陽離子交換樹脂.作為多年的研究成果,LewatitMonoPlusS108和LewatitMonoPlusS10